第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計課件

第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計2022/10/30第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計2022/10/22第7章管殼式1第一節(jié)、換熱器概論在化工廠建設(shè)投資中，換熱器占著很重要的份額，10%~40%；換熱器可以是熱交換器、加熱器、蒸發(fā)器、冷凝器等；衡量一種換熱器好壞的標(biāo)準(zhǔn)是傳熱效率高，流體阻力小，強度足夠，結(jié)構(gòu)可靠，節(jié)省材料；成本低；制造安裝檢修方便。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計第一節(jié)、換熱器概論在化工廠建設(shè)投資中，換熱器占著很重要的份額21.換熱器結(jié)構(gòu)第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計1.換熱器結(jié)構(gòu)第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計3管箱的作用：把管道中來的流體均勻地分布到各個換熱管中去，并把換熱管內(nèi)的流體匯集到一起并送出換熱器，在多管程換熱器中，管箱還起著改變管程流體流向的作用；A：平蓋管箱；B：封頭管箱；C：用于可拆管束與管板制成一體的管箱；D：特殊高壓管箱。1.1管箱E：單程殼體F：具有縱向隔板的雙程殼體；G：分流H：雙分流1.2殼體型式第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計管箱的作用：把管道中來的流體均勻地分布到各個換熱管中去，并把41.3換熱器的標(biāo)記方式第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計1.3換熱器的標(biāo)記方式第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計5B：前端管箱為封頭式管箱；E：單程殼體（殼程為1）；B：后端管箱為封頭式管箱；700：殼體公稱直徑（mm）；2.5：殼程設(shè)計壓力（MPa）；1.6：管程的設(shè)計壓力（MPa）；200：公稱換熱面積（m2）；9：換熱管長度（m）；25：換熱管外徑（mm）；4：四管程結(jié)構(gòu)；I：I級固定管板換熱器例如：其中：第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計B：前端管箱為封頭式管箱；例如：其中：第7章管殼式換熱器的機6兩管板由換熱管相互支撐，管板最??；結(jié)構(gòu)簡單，造價較低；管外清洗困難；管殼間存在溫差應(yīng)力，當(dāng)介質(zhì)溫差較大時，必須設(shè)置膨脹節(jié)；適合于殼程介質(zhì)清潔、不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但管程壓力不高的場合。2.換熱器的分類2.1固定管板式換熱器第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計兩管板由換熱管相互支撐，管板最??；2.換熱器的分類2.17一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動，因此不存在溫差應(yīng)力；管束可以取出，便于清洗；結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，金屬消耗量大；適用于管殼溫差較大、以及介質(zhì)易結(jié)垢的場合。2.2浮頭式換熱器第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動，因此不存在溫差應(yīng)力；8管束一端可以自由膨脹，檢修、清洗方便；實際上是另一種形式的浮頭式換熱器，只不過把原置于殼體內(nèi)的浮頭移至殼體之外，并用填料函來密封殼程介質(zhì)，以防泄漏；殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，但殼程中不宜處理易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的介質(zhì)。2.3填函式換熱器第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計管束一端可以自由膨脹，檢修、清洗方便；2.3填函式換熱9只有一個管板，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹；管內(nèi)不便清洗，管外介質(zhì)易短路，影響傳熱效果，內(nèi)層管子損壞后不易更換；因為不存在溫差應(yīng)力，適用于管、殼壁溫差較大的場合，尤其是管內(nèi)介質(zhì)清潔不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性較強的場合。2.4U型管式換熱器第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計只有一個管板，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由10殼體直徑的確定和殼體壁厚的計算；換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；管板尺寸的確定；管子拉脫力的計算；折流板的選擇與計算；溫差應(yīng)力的計算；接管的選擇；接管法蘭的選擇；開孔補強；換熱器支座；附件。3.管殼式換熱器機械設(shè)計的內(nèi)容第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計殼體直徑的確定和殼體壁厚的計算；3.管殼式換熱器機械設(shè)計的11換熱管的長度、直徑壁厚都有一定的標(biāo)準(zhǔn)；換熱管長：1500，2000，2500，3000，4500，5000，6000，7500，9000，12000等等；長徑比一般在4~25之間，常用為6~10；換熱管規(guī)格：第二節(jié)、換熱管、管板與折流板1.換熱管的選用第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計換熱管的長度、直徑壁厚都有一定的標(biāo)準(zhǔn)；第二節(jié)、換熱管、管板與12脹接是利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔同時產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)取出脹管器后，管板孔彈性收縮，管板與管子就產(chǎn)生一定的擠緊壓力，緊密地貼在一起，達到密封緊固連接的目的；采用脹接時，管板硬度應(yīng)高于換熱管管端，以保證脹接質(zhì)量；脹接長度l取下列三者中的較小者：

1).兩倍換熱管外徑；2).50mm；3).管板厚度減3mm。2.換熱管與管板的連接2.1脹接第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計脹接是利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變13管板上的孔，有孔壁開槽的與孔壁不開槽的兩種，孔壁開槽可以增加連接強度和緊密性，因為當(dāng)脹管后管子產(chǎn)生塑性變形，管壁被嵌入小槽中。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計管板上的孔，有孔壁開槽的與孔壁不開槽的兩種，孔壁開槽可以增加14在高溫高壓下，焊接連接能保持連接的緊密性；管板孔加工要求低，可節(jié)省加工工時；焊接工藝比脹接工藝簡單；在壓力不太高的情況下可使用較薄的管板；2.2焊接優(yōu)點：缺點：由于管板與換熱管之間存在間隙，容易造成縫隙腐蝕；由于在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕，也有可能造成破裂。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計在高溫高壓下，焊接連接能保持連接的緊密性；2.2焊接優(yōu)15焊接接頭的結(jié)構(gòu)2.3脹焊結(jié)合第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計焊接接頭的結(jié)構(gòu)2.3脹焊結(jié)合第7章管殼式換熱器的機械設(shè)16換熱管的排列應(yīng)在整個換熱器的截面上均勻地分布，要考慮排列緊湊、流體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及制造等方面的因素。3.管板結(jié)構(gòu)3.1換熱管排列形式第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計換熱管的排列應(yīng)在整個換熱器的截面上均勻地分布，要考慮排列緊湊17優(yōu)點：在相同的管板面積上可排列較多的換熱管；主要適用于殼程介質(zhì)污垢少，且不需要進行機械清洗的場合。3.1.1正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計優(yōu)點：在相同的管板面積上可排列較多的換熱管；3.1.118優(yōu)點：便于清洗；但在相同管板面積上排列管數(shù)目最少；一般用于管束可抽出清洗管間的場合。3.1.2正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計優(yōu)點：便于清洗；3.1.2正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列第7章193.1.3組合排列法第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計3.1.3組合排列法第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計203.1.4正三角形排列時管子的根數(shù)N=3a(a+1)+1第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計3.1.4正三角形排列時管子的根數(shù)N=3a(a+1)+21六角形的層數(shù)a對角線上的管數(shù)b總根數(shù)N13725193737496151191613127N=3a(a+1)+1三角形排列第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計六角形的層數(shù)a對角線上的管數(shù)b總根數(shù)N1372519373722管板上兩換熱管中心的距離稱為管間距；管間距的確定，要考慮管板強度和清洗管子外表面時所需空隙，它與換熱管在管板上的固定方法有關(guān)。3.2管間距管子外徑14192532384557最小管間距18253240485770第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計管板上兩換熱管中心的距離稱為管間距；3.2管間距管子外23固定管板式換熱器的換熱管在管板上的布置是有限制的，最大的布管圓：

DL=Di-2b3

其中：DL：布管限定圓直徑Di：換熱管殼體內(nèi)直徑b3：管束最外層換熱管外表面至客體內(nèi)壁的最短距離3.3布管限定圓第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計固定管板式換熱器的換熱管在管板上的布置是有限制的，最大的布管243.4管程的分程第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計3.4管程的分程第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計25第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計26各管程換熱管根數(shù)應(yīng)基本相等；相鄰程間平均壁溫一般不應(yīng)該超過28℃；各程間的密封長度應(yīng)最短；分程隔板的形狀應(yīng)盡量簡單、便于加工；管程排列的要求：第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計各管程換熱管根數(shù)應(yīng)基本相等；管程排列的要求：第7章管殼式換熱27為了提高殼程內(nèi)流體的流速和加強湍流程度，以提高傳熱效率，在殼程內(nèi)裝設(shè)折流板，它還起著支承換熱管的作用；當(dāng)工藝上無裝折流板的要求，而管子比較細(xì)長時，應(yīng)考慮有一定數(shù)量的支承板，以便安裝和防止管子變形過大；折流板的形狀：弓形、圓盤—圓環(huán)形、帶扇形切口等幾種。4.折流板、支承板、旁路擋板4.1折流板與支承板第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計為了提高殼程內(nèi)流體的流速和加強湍流程度，以提高傳熱效率，在殼28第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計29關(guān)于弓形折流板弓形折流板切除的弓形高度約為外殼直徑的10~40%，一般取20~30%，過高或過低都不利于傳熱（參考《化工原理》傳熱相關(guān)章節(jié)）；折流板的放置方式：臥式換熱器的殼程介質(zhì)為單相清潔流體時，折流板缺口應(yīng)水平上下放置，若氣體中含少量液體時，則應(yīng)在缺口朝上的折流板的最低處開通液口；第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計關(guān)于弓形折流板弓形折流板切除的弓形高度約為外殼直徑的10~430若液體中含有少量氣體時，則應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處開通氣孔臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣、液共存或液體中含有固相物料時，折流板缺口應(yīng)垂直左右放置，并在折流板最低處開通液口。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計若液體中含有少量氣體時，則應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處開通氣孔31第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計32當(dāng)殼體與管束之間存在較大間隙時，可在管束上增設(shè)旁路擋板以防止流體短路。4.2旁路擋板第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計當(dāng)殼體與管束之間存在較大間隙時，可在管束上增設(shè)旁路擋板以防止33在立式冷凝器中，為減薄管壁上的液膜而提高傳熱系數(shù)，常常裝設(shè)攔液板以起到攔液膜的作用。4.3攔液板第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計在立式冷凝器中，為減薄管壁上的液膜而提高傳熱系數(shù)，常常裝設(shè)攔344.4折流桿近年來開發(fā)了一種折流桿代替常用的折流板，這種新型結(jié)構(gòu)，是在折流圈上焊有若干個圓形截面的桿，形成一個柵圈；若把四個折流圈疊起來看，各圈上的折流桿就組成了一個個方形小格，換熱管就在各個小方格之中，其上下左右均有折流桿固定，可較好地防止換熱管的振動。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計4.4折流桿近年來開發(fā)了一種折流桿代替常用的折流板，這35但由于殼體與管子是剛性連接，實際伸長量應(yīng)該相等，就出現(xiàn)了殼體被拉伸、產(chǎn)生拉應(yīng)力；管子被壓縮，產(chǎn)生壓應(yīng)力。此拉、壓應(yīng)力就是溫差應(yīng)力，也稱為熱應(yīng)力；總拉伸力稱為溫差軸向力，用F表示；規(guī)定：F為正值表示殼體被拉伸、管子被壓縮，反之F為負(fù)。第三節(jié)、溫差應(yīng)力自由伸長量：1.溫差應(yīng)力產(chǎn)生的原因第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計但由于殼體與管子是剛性連接，實際伸長量應(yīng)該相等，就出現(xiàn)了殼體36其中：第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計其中：第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計37換熱器在使用過程中，承受流體壓力和溫差應(yīng)力的聯(lián)合作用，這兩個力在管子與管板的連接處產(chǎn)生了一個拉脫力，使管子與管板有脫離的傾向；拉脫力的定義：管子每平方米脹接周邊上所受到的力，單位為Pa；產(chǎn)生的地方：換熱管與管板的連接處；試驗表明：焊接可以不用考慮拉脫力，而脹接卻要考慮拉脫力；2.管子拉脫力第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計換熱器在使用過程中，承受流體壓力和溫差應(yīng)力的聯(lián)合作用，這兩個38其中：p——設(shè)計壓力，取管程壓力和殼程壓力的較大者，MPa；do——換熱管外徑，mm；l——脹接長度，mm；f——每四根管子之間的面積，mm2。2.1由操作壓力所引起的拉脫力qp三角形排列時：正方形排列時：第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計其中：p——設(shè)計壓力，取管程壓力和殼程壓力的較大者392.2由溫差應(yīng)力所引起的拉脫力qt其中：σt——管子的溫差應(yīng)力，MPa；at——每根管子管壁橫截面積，mm2；do——換熱管外徑，mm；di——換熱管內(nèi)徑，mm；l——脹接長度，mm。

第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計2.2由溫差應(yīng)力所引起的拉脫力qt其中：σt40由操作壓力和溫差應(yīng)力所引起的拉脫力可能是同一方向，也有可能是反方向的；若兩者同向：q=qp+qt若二者異向：q=[qp-qt]，方向取數(shù)值較大者的方向；若管子被壓縮、殼體被拉伸，即F為正值，二者同向；若管子被拉伸、殼體被壓縮，即F為負(fù)值，二者異向。2.3總拉脫力q第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計由操作壓力和溫差應(yīng)力所引起的拉脫力可能是同一方向，也有可能是41例題：有一臺冷凝器，管束由109根Φ25*2的1Cr18Ni9Ti的不銹鋼鋼管制成，殼體內(nèi)徑為400mm，由20R鋼板卷焊制成，殼體厚度為6mm，兩管板間距為1500mm。該冷凝器的操作條件是：被冷凝的蒸汽走管內(nèi)，壓力為720mmHg，冷凝溫度為118℃，管間是冷卻水，壓力為0.2MPa，冷卻水入口溫度為28℃，出口為35℃，若殼體壁溫取30℃，試計算溫差應(yīng)力。解：已知條件：ts=30℃tt=100℃to=20℃℃℃第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計例題：有一臺冷凝器，管束由109根Φ25*2的1Cr18Ni42查表殼體材料20R的許用應(yīng)力為133MPa，而現(xiàn)在殼體溫差應(yīng)力為160MPa，因此必須減少殼體的溫差應(yīng)力，那應(yīng)該怎樣降低溫差應(yīng)力呢？第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計查表殼體材料20R的許用應(yīng)力為133MPa，而現(xiàn)在殼體溫差應(yīng)43可能的方法：增加殼體壁厚6mm8mm比較結(jié)果，殼體溫差應(yīng)力從160MPa降到143.4MPa，減少了10.4%；管束溫差應(yīng)力從77.5MPa增到93.1MPa，增大了20%；因此，用增加殼體厚度的方法來減少溫差應(yīng)力的思路是不對的！因為它從根本上違背了處理溫差應(yīng)力問題的原則。減少溫差應(yīng)力的原則是：減少對熱變形的限制。而增大殼體厚度只能增大對管束熱變形的限制。正確的作法：在換熱器殼體上安裝膨脹節(jié)。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計可能的方法：增加殼體壁厚6mm8mm比較結(jié)果，殼體溫差應(yīng)力從44減少殼體與管束間的溫度差；裝設(shè)撓性構(gòu)件；使殼體和管束自由熱膨脹；雙套管溫度補償。3.溫差應(yīng)力的補償原則：減少對熱變形的限制。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計減少殼體與管束間的溫度差；3.溫差應(yīng)力的補償原則：減少對熱454.膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)及設(shè)置4.1膨脹節(jié)的型式平板焊接膨脹節(jié)波形膨脹節(jié)夾殼式膨脹節(jié)第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計4.膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)及設(shè)置4.1膨脹節(jié)的型式平板焊接膨脹464.2必須設(shè)置膨脹節(jié)的條件依據(jù)《鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定》，對于固定管板式換熱器，用下式計算應(yīng)力：其中，F(xiàn)1——溫差軸向力F2——由于殼程和管程壓力作用于殼體上的軸向力F3——由于殼程和管程壓力作用于管子的軸向力第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計4.2必須設(shè)置膨脹節(jié)的條件依據(jù)《鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)47演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/10/30第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew48第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計2022/10/30第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計2022/10/22第7章管殼式49第一節(jié)、換熱器概論在化工廠建設(shè)投資中，換熱器占著很重要的份額，10%~40%；換熱器可以是熱交換器、加熱器、蒸發(fā)器、冷凝器等；衡量一種換熱器好壞的標(biāo)準(zhǔn)是傳熱效率高，流體阻力小，強度足夠，結(jié)構(gòu)可靠，節(jié)省材料；成本低；制造安裝檢修方便。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計第一節(jié)、換熱器概論在化工廠建設(shè)投資中，換熱器占著很重要的份額501.換熱器結(jié)構(gòu)第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計1.換熱器結(jié)構(gòu)第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計51管箱的作用：把管道中來的流體均勻地分布到各個換熱管中去，并把換熱管內(nèi)的流體匯集到一起并送出換熱器，在多管程換熱器中，管箱還起著改變管程流體流向的作用；A：平蓋管箱；B：封頭管箱；C：用于可拆管束與管板制成一體的管箱；D：特殊高壓管箱。1.1管箱E：單程殼體F：具有縱向隔板的雙程殼體；G：分流H：雙分流1.2殼體型式第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計管箱的作用：把管道中來的流體均勻地分布到各個換熱管中去，并把521.3換熱器的標(biāo)記方式第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計1.3換熱器的標(biāo)記方式第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計53B：前端管箱為封頭式管箱；E：單程殼體（殼程為1）；B：后端管箱為封頭式管箱；700：殼體公稱直徑（mm）；2.5：殼程設(shè)計壓力（MPa）；1.6：管程的設(shè)計壓力（MPa）；200：公稱換熱面積（m2）；9：換熱管長度（m）；25：換熱管外徑（mm）；4：四管程結(jié)構(gòu)；I：I級固定管板換熱器例如：其中：第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計B：前端管箱為封頭式管箱；例如：其中：第7章管殼式換熱器的機54兩管板由換熱管相互支撐，管板最??；結(jié)構(gòu)簡單，造價較低；管外清洗困難；管殼間存在溫差應(yīng)力，當(dāng)介質(zhì)溫差較大時，必須設(shè)置膨脹節(jié)；適合于殼程介質(zhì)清潔、不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但管程壓力不高的場合。2.換熱器的分類2.1固定管板式換熱器第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計兩管板由換熱管相互支撐，管板最??；2.換熱器的分類2.155一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動，因此不存在溫差應(yīng)力；管束可以取出，便于清洗；結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，金屬消耗量大；適用于管殼溫差較大、以及介質(zhì)易結(jié)垢的場合。2.2浮頭式換熱器第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動，因此不存在溫差應(yīng)力；56管束一端可以自由膨脹，檢修、清洗方便；實際上是另一種形式的浮頭式換熱器，只不過把原置于殼體內(nèi)的浮頭移至殼體之外，并用填料函來密封殼程介質(zhì)，以防泄漏；殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，但殼程中不宜處理易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的介質(zhì)。2.3填函式換熱器第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計管束一端可以自由膨脹，檢修、清洗方便；2.3填函式換熱57只有一個管板，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹；管內(nèi)不便清洗，管外介質(zhì)易短路，影響傳熱效果，內(nèi)層管子損壞后不易更換；因為不存在溫差應(yīng)力，適用于管、殼壁溫差較大的場合，尤其是管內(nèi)介質(zhì)清潔不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性較強的場合。2.4U型管式換熱器第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計只有一個管板，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由58殼體直徑的確定和殼體壁厚的計算；換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；管板尺寸的確定；管子拉脫力的計算；折流板的選擇與計算；溫差應(yīng)力的計算；接管的選擇；接管法蘭的選擇；開孔補強；換熱器支座；附件。3.管殼式換熱器機械設(shè)計的內(nèi)容第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計殼體直徑的確定和殼體壁厚的計算；3.管殼式換熱器機械設(shè)計的59換熱管的長度、直徑壁厚都有一定的標(biāo)準(zhǔn)；換熱管長：1500，2000，2500，3000，4500，5000，6000，7500，9000，12000等等；長徑比一般在4~25之間，常用為6~10；換熱管規(guī)格：第二節(jié)、換熱管、管板與折流板1.換熱管的選用第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計換熱管的長度、直徑壁厚都有一定的標(biāo)準(zhǔn)；第二節(jié)、換熱管、管板與60脹接是利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔同時產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)取出脹管器后，管板孔彈性收縮，管板與管子就產(chǎn)生一定的擠緊壓力，緊密地貼在一起，達到密封緊固連接的目的；采用脹接時，管板硬度應(yīng)高于換熱管管端，以保證脹接質(zhì)量；脹接長度l取下列三者中的較小者：

1).兩倍換熱管外徑；2).50mm；3).管板厚度減3mm。2.換熱管與管板的連接2.1脹接第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計脹接是利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變61管板上的孔，有孔壁開槽的與孔壁不開槽的兩種，孔壁開槽可以增加連接強度和緊密性，因為當(dāng)脹管后管子產(chǎn)生塑性變形，管壁被嵌入小槽中。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計管板上的孔，有孔壁開槽的與孔壁不開槽的兩種，孔壁開槽可以增加62在高溫高壓下，焊接連接能保持連接的緊密性；管板孔加工要求低，可節(jié)省加工工時；焊接工藝比脹接工藝簡單；在壓力不太高的情況下可使用較薄的管板；2.2焊接優(yōu)點：缺點：由于管板與換熱管之間存在間隙，容易造成縫隙腐蝕；由于在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕，也有可能造成破裂。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計在高溫高壓下，焊接連接能保持連接的緊密性；2.2焊接優(yōu)63焊接接頭的結(jié)構(gòu)2.3脹焊結(jié)合第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計焊接接頭的結(jié)構(gòu)2.3脹焊結(jié)合第7章管殼式換熱器的機械設(shè)64換熱管的排列應(yīng)在整個換熱器的截面上均勻地分布，要考慮排列緊湊、流體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及制造等方面的因素。3.管板結(jié)構(gòu)3.1換熱管排列形式第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計換熱管的排列應(yīng)在整個換熱器的截面上均勻地分布，要考慮排列緊湊65優(yōu)點：在相同的管板面積上可排列較多的換熱管；主要適用于殼程介質(zhì)污垢少，且不需要進行機械清洗的場合。3.1.1正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計優(yōu)點：在相同的管板面積上可排列較多的換熱管；3.1.166優(yōu)點：便于清洗；但在相同管板面積上排列管數(shù)目最少；一般用于管束可抽出清洗管間的場合。3.1.2正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計優(yōu)點：便于清洗；3.1.2正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列第7章673.1.3組合排列法第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計3.1.3組合排列法第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計683.1.4正三角形排列時管子的根數(shù)N=3a(a+1)+1第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計3.1.4正三角形排列時管子的根數(shù)N=3a(a+1)+69六角形的層數(shù)a對角線上的管數(shù)b總根數(shù)N13725193737496151191613127N=3a(a+1)+1三角形排列第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計六角形的層數(shù)a對角線上的管數(shù)b總根數(shù)N1372519373770管板上兩換熱管中心的距離稱為管間距；管間距的確定，要考慮管板強度和清洗管子外表面時所需空隙，它與換熱管在管板上的固定方法有關(guān)。3.2管間距管子外徑14192532384557最小管間距18253240485770第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計管板上兩換熱管中心的距離稱為管間距；3.2管間距管子外71固定管板式換熱器的換熱管在管板上的布置是有限制的，最大的布管圓：

DL=Di-2b3

其中：DL：布管限定圓直徑Di：換熱管殼體內(nèi)直徑b3：管束最外層換熱管外表面至客體內(nèi)壁的最短距離3.3布管限定圓第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計固定管板式換熱器的換熱管在管板上的布置是有限制的，最大的布管723.4管程的分程第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計3.4管程的分程第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計73第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計74各管程換熱管根數(shù)應(yīng)基本相等；相鄰程間平均壁溫一般不應(yīng)該超過28℃；各程間的密封長度應(yīng)最短；分程隔板的形狀應(yīng)盡量簡單、便于加工；管程排列的要求：第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計各管程換熱管根數(shù)應(yīng)基本相等；管程排列的要求：第7章管殼式換熱75為了提高殼程內(nèi)流體的流速和加強湍流程度，以提高傳熱效率，在殼程內(nèi)裝設(shè)折流板，它還起著支承換熱管的作用；當(dāng)工藝上無裝折流板的要求，而管子比較細(xì)長時，應(yīng)考慮有一定數(shù)量的支承板，以便安裝和防止管子變形過大；折流板的形狀：弓形、圓盤—圓環(huán)形、帶扇形切口等幾種。4.折流板、支承板、旁路擋板4.1折流板與支承板第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計為了提高殼程內(nèi)流體的流速和加強湍流程度，以提高傳熱效率，在殼76第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計77關(guān)于弓形折流板弓形折流板切除的弓形高度約為外殼直徑的10~40%，一般取20~30%，過高或過低都不利于傳熱（參考《化工原理》傳熱相關(guān)章節(jié)）；折流板的放置方式：臥式換熱器的殼程介質(zhì)為單相清潔流體時，折流板缺口應(yīng)水平上下放置，若氣體中含少量液體時，則應(yīng)在缺口朝上的折流板的最低處開通液口；第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計關(guān)于弓形折流板弓形折流板切除的弓形高度約為外殼直徑的10~478若液體中含有少量氣體時，則應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處開通氣孔臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣、液共存或液體中含有固相物料時，折流板缺口應(yīng)垂直左右放置，并在折流板最低處開通液口。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計若液體中含有少量氣體時，則應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處開通氣孔79第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計80當(dāng)殼體與管束之間存在較大間隙時，可在管束上增設(shè)旁路擋板以防止流體短路。4.2旁路擋板第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計當(dāng)殼體與管束之間存在較大間隙時，可在管束上增設(shè)旁路擋板以防止81在立式冷凝器中，為減薄管壁上的液膜而提高傳熱系數(shù)，常常裝設(shè)攔液板以起到攔液膜的作用。4.3攔液板第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計在立式冷凝器中，為減薄管壁上的液膜而提高傳熱系數(shù)，常常裝設(shè)攔824.4折流桿近年來開發(fā)了一種折流桿代替常用的折流板，這種新型結(jié)構(gòu)，是在折流圈上焊有若干個圓形截面的桿，形成一個柵圈；若把四個折流圈疊起來看，各圈上的折流桿就組成了一個個方形小格，換熱管就在各個小方格之中，其上下左右均有折流桿固定，可較好地防止換熱管的振動。第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計4.4折流桿近年來開發(fā)了一種折流桿代替常用的折流板，這83但由于殼體與管子是剛性連接，實際伸長量應(yīng)該相等，就出現(xiàn)了殼體被拉伸、產(chǎn)生拉應(yīng)力；管子被壓縮，產(chǎn)生壓應(yīng)力。此拉、壓應(yīng)力就是溫差應(yīng)力，也稱為熱應(yīng)力；總拉伸力稱為溫差軸向力，用F表示；規(guī)定：F為正值表示殼體被拉伸、管子被壓縮，反之F為負(fù)。第三節(jié)、溫差應(yīng)力自由伸長量：1.溫差應(yīng)力產(chǎn)生的原因第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計但由于殼體與管子是剛性連接，實際伸長量應(yīng)該相等，就出現(xiàn)了殼體84其中：第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計其中：第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計85換熱器在使用過程中，承受流體壓力和溫差應(yīng)力的聯(lián)合作用，這兩個力在管子與管板的連接處產(chǎn)生了一個拉脫力，使管子與管板有脫離的傾向；拉脫力的定義：管子每平方米脹接周邊上所受到的力，單位為Pa；產(chǎn)生的地方：換熱管與管板的連接處；試驗表明：焊接可以不用考慮拉脫力，而脹接卻要考慮拉脫力；2.管子拉脫力第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計換熱器在使用過程中，承受流體壓力和溫差應(yīng)力的聯(lián)合作用，這兩個86其中：p——設(shè)計壓力，取管程壓力和殼程壓力的較大者，MPa；do——換熱管外徑，mm；l——脹接長度，mm；f——每四根管子之間的面積，mm2。2.1由操作壓力所引起的拉脫力qp三角形排列時：正方形排列時：第7章管殼式換熱器的機械設(shè)計其中：p——設(shè)計壓力，取管程壓力和殼程壓力的較大者872.2由溫差應(yīng)力所引起的拉脫力qt其中：σt——管子的溫差應(yīng)力，MPa；at——每根管子管壁橫截面積，mm2；do——換熱管外徑，mm；di——換熱管內(nèi)徑，mm；l——脹接長度，mm。